Od karbidu do lasera. Poznaj krótką historię reflektorów samochodowych

Choć z oświetleniem samochodowym mamy do czynienia od ponad 120 lat, to dopiero w ostatnich trzech dekadach rozwój reflektorów mocno przyspieszył. Ale wszystko po kolei.

Początkowo stosowano zwykłe latarnie naftowe, w zasadzie przejęte z dorożek konnych. Szacuje się, że tego typu oświetlenie w samochodach (czy może należałoby jeszcze rzec: w automobilach) przetrwało mniej więcej do przełomu wieków, kiedy to w jego miejscu zaczęły się pojawiać pierwsze reflektory acetylenowe. Jak nietrudno się domyślić, także i tu mieliśmy do czynienia z żywym ogniem - tyle tylko, że tym razem spalany był właśnie acetylen.

Konstrukcje tych lamp bywały różne. W lampach karbidowych (tzw. karbidówkach) chodziło o to, by na karbid (acetylenek wapnia) kapała woda, co wywoływało egzotermiczną reakcję, w wyniku której wydzielany był acetylen. Kierowany był on do palnika i podpalany, później wielkość płomienia można było regulować przez zmniejszanie bądź zwiększanie ilości wody kapiącej na karbid. Alternatywą były lampy acetylenowe stosowane częściej w pojazdach ciężarowych - w nich zamiast karbidu stosowano pojemniki pod ciśnieniem, gdzie znajdował się aceton z rozpuszczonym w nim acetylenem. Taka konstrukcja eliminowała ryzyko zamarznięcia wody przy niskich temperaturach - posiadacze lamp karbidowych czasem ratowali się dodając do zbiornika z wodą trochę alkoholu.

Ilość światła była oczywiście znacznie większa niż w przypadku latarni naftowych, co do zasady stosowano tu też zwierciadła odpowiednio kierujące strumień tegoż światła - ale pomijając kwestie związane z obsługą, w karbidówkach dochodził jeszcze problem z dużą ilością wydzielanego ciepła. Oczywiście w niektórych przypadkach mogło to się przydawać - np. w latarkach przenośnych używanych podczas mrozów - ale niekoniecznie w samochodzie. Tak czy owak, tym problemem nie trzeba się było przejmować jakoś szczególnie długo, ponieważ oświetlenie karbidowe już w 1910 r. zaczęło powoli ustępować miejsca reflektorom zasilanym prądem elektrycznym.

Reflektory wymagały dodatkowego osprzętu, jak choćby regulator napięcia. Niby prosta sprawa, ale na początku XX w. koszt całej instalacji niemal dorównywał cenie... reszty pojazdu.

Pierwsze żarówki samochodowe powstały w 1908 r. W środku można było znaleźć włókna węglowe i próżnię, ale szybko pojawiły się kolejne typy żarówek: z włóknami z osmu, z tantalu czy wreszcie z wolframu. Później pojawił się też pomysł na wypełnienie bańki odpowiednim gazem. Warto wspomnieć, że już w okolicach 1910 r. światłość takich żarówek mogła sięgać 30000 cd (kandeli), podczas gdy dla lamp acetylenowych było to ok. 5000 cd.

Technologia zaczęła się dość szybko upowszechniać, za czym stało nie tylko wprowadzenie do produkcji pierwszych aut seryjnie wyposażonych w reflektory (już w drugiej dekadzie XX w.), ale i tworzenie bardziej rozbudowanych instalacji elektrycznych w pojazdach. Kolejne lata przyniosły m.in. pierwsze przepisy dotyczące reflektorów (1918 r.) i dalsze zmiany w ich konstrukcji, w tym standaryzację rozwiązań - choć ta ostatnia także wyglądała inaczej za oceanem niż u nas.

Byłby to w zasadzie temat na osobny wpis, ale warto wspomnieć choćby o tzw. sealed beams - w USA przez długie lata wszystkie auta musiały korzystać z prawnie dopuszczalnych typów reflektorów (początkowo okrągłych, potem także prostokątnych) o konkretnych wymiarach. Jeśli reflektor się uszkodził, to nie wymieniało się żarówki, a całą lampę.

Tymczasem w Europie z biegiem lat coraz śmielej poczynano sobie ze stylistyką samochodów, i obejmowało to także lampy. Swego rodzaju ciekawostką była też Francja, w której dopuszczono używanie świateł o barwie żółtej selektywnej - miała ona poprawiać widzenie np. podczas deszczu i mgły oraz zmniejszać oślepianie. W każdym razie, skoro już jesteśmy przy kwestiach standaryzacji i w zasadzie dotarliśmy do czasów, które wielu z was nadal pamięta, to trzeba przypomnieć o żarówce, która jako ostatnia trzymała wartę przed upowszechnieniem się żarówek halogenowych.

Ten rodzaj żarówek stosowano jeszcze w pierwszej połowie lat 90. , choć oczywiście i tak były już coraz rzadziej spotykane. R2 miały kształt bańki, przypominając pod tym względem typowe żarówki domowe. W środku nadal nie było żadnego gazu, a próżnia. W niektórych samochodach R2 stosowano we wszystkich wersjach, a w niektórych - jak np. w Peugeocie 205 - R2 było domeną bazowych wersji wyposażenia, w tych lepszych zastępowano je żarówkami halogenowymi - w tym przypadku H4. Dziś zresztą jest możliwość zakupu żarówki H4 z cokołem stosowanym niegdyś w R2, dzięki czemu można poprawić skuteczność i trwałość oświetlenia starszego auta.

Pojawiły się one na rynku w połowie lat 60. XX w., ale potrzebowały trochę czasu, by się przebić. Dziś są nadal powszechnie wykorzystywane i spotykane także w nowych autach, choć można już mówić o schyłku tej technologii - coraz częściej reflektory halogenowe są bowiem zastępowane reflektorami diodowymi, o których za chwilę.

W czym reflektory halogenowe były tak w zasadzie lepsze od stosowanych wcześniej, z próżnią zamiast gazu? Odpowiedź jest prosta: w tym, co ważne. Czyli np. w skuteczności, ale i w trwałości. Skąd zmiana w tej drugiej kwestii? Rzecz w tym, że w żarówce starszego typu - np. R2 - podczas eksploatacji cząsteczki wypalonego drutu osiadały się na bańce od środka. Nie tylko powodowało to pogorszenie skuteczności żarówki, ale też stosunkowo szybko się ona przepalała przez to uszczuplanie źródła światła. W żarówce halogenowej gaz reaguje z cząsteczkami wolframu, a powstałe w ten sposób związki osiadają nie na bańce, a z powrotem na żarniku. Oczywiście z czasem i tak się on przepali, ale różnica w trwałości jest wyraźna.

Dziś istnieje mnóstwo rodzajów żarówek halogenowych. Najczęściej spotykane to dwuwłóknowa (tj. potrafiąca obsłużyć zarówno światła mijania jak i drogowe) H4 oraz jednowłóknowe H1 czy H7. Najstarszym typem jest H1 - produkuje się je od... 1962 r.

Oprócz kwestii żarówek mamy też zagadnienie budowy reflektorów. To za czasów halogenów po raz pierwszy pojawiły się reflektory projekcyjne (tj. z soczewką), będące alternatywą dla lamp parabolicznych oraz nowoczesnych lamp projektowanych w technice pól swobodnych (FF - free form).

Reflektory ksenonowe w motoryzacji pojawiły się relatywnie późno, bo w 1991 r. (jako wyposażenie opcjonalne BMW serii 7 E32), ale sama technologia jest znacznie starsza: prace prowadzono już w latach 40., a wprowadzenie lamp ksenonowych na rynek miało miejsce w 1951 r. Stosowano je, i czasem nadal stosuje, w kinach.

Wyraźnie inny niż w zwykłych żarówkach jest tu sposób działania: w ksenonach świeci bowiem nie żarnik, a łuk elektryczny wytworzony pomiędzy elektrodami. By w ogóle móc uruchomić takie źródło światła, potrzebne jest wysokie napięcie. A nawet bardzo wysokie, bo mówimy tu o wartościach rzędu 25 tys. V. Z tego względu niebezpieczne i niepolecane jest własnoręczne dłubanie przy takich lampach, chyba że ktoś naprawdę wie co robi (zaznaczam, że wzięcie do pomocy szwagra i wypicie po piwku nie kwalifikuje się pod termin „naprawdę wie co robi”).

Swego rodzaju ciekawostką jest, że lampy wyładowcze starszych typów podczas pracy pobierają 35W - tj. o 20W mniej niż typowe żarówki H1, H4 czy H7, a i tak są znacznie skuteczniejsze, nierzadko dorównując nowocześniejszym rozwiązaniom. Dają też charakterystyczną, biało-niebieską barwę światła, choć może się ona nieco różnić w zależności od konkretnych lamp.

Początkowo w zasadzie nie zdarzało się, by ksenony obsługiwały zarówno światła mijania, jak i drogowe. Za światła długie nadal odpowiadały klasyczne halogeny. Później pojawiły się takie rozwiązania jak biksenony oraz bi-litronic. To pierwsze zyskało znacznie większą popularność, a jego działanie polega na stosowaniu specjalnej przysłony - zależnie od jej położenia, reflektor pracuje w trybie świateł mijania lub drogowych. W bi-litronic przysłony nie ma - w zamian odpowiednio przesuwa się źródło światła, co ma tę teoretyczną zaletę, że całość generowanego światła kierowane jest na drogę. Tego typu światła znajdziemy np. w pierwszym Audi A8.

Stosunkowo niedawno na rynku pojawiły się auta z nowszymi typami ksenonów - wykorzystują one lampy wyładowcze o mocy ograniczonej do 25W, przez co nie zapewniają takiej jasności co ich starsi bracia i tym samym prawo nie wymaga tu stosowania układów samopoziomowania ani układów oczyszczania reflektorów (spryskiwaczy lub wycieraczek) - a to oczywiście ogranicza koszty. Tyle tylko, że światła 25-watowe mają też niższą skuteczność - niektórzy twierdzą, że nadal niezłą, ale inni mówią, że od halogenów różnią się w zasadzie tylko barwą światła. Zapewne zależy to od konkretnego auta. Światła ksenonowe 25-watowe można było spotkać m.in. w Citroenie C4 Picasso ostatniej generacji (potem przemianowanym na C4 SpaceTourer) czy też w Fordzie EcoSport - w tym ostatnim obecnie stosuje się już oświetlenie diodowe.

Początkowo diody (LED - Light-emitting Diode) stosowano głównie w charakterze świateł do jazdy dziennej. Pierwszym autem, gdzie zastosowano je do faktycznego oświetlania drogi, był Lexus LS 600h z 2006 r. - przy czym za światła drogowe nadal odpowiadały żarówki halogenowe. Rok później Audi wprowadziło do produkcji pierwsze reflektory typu Full-LED - były dostępne w modelu R8 1. generacji (który seryjnie wyposażony był w biksenony).

Podobnie jak w przypadku ksenonów, także i reflektory LED-owe zaczęły się pojawiać w bardziej zaawansowanej postaci - tj. jako światła adaptacyjne. Zależnie od prędkości, kąta skrętu kierownicy i wielu innych czynników, zasięg i kształt oświetlanego obszaru może się dzięki takiemu oświetleniu zmieniać, np. lepiej doświetlając łuk czy skrzyżowanie. Potem dołączyła do tego wisienka na torcie - oświetlenie matrycowe, którego komputer sterujący potrafi „wycinać” wiązkę światła w ten sposób, by nie oślepiać innych kierowców. Innymi słowy - można non-stop jechać na światłach drogowych, a i tak nikomu nie będziemy się naprzykrzać (a przynajmniej taka jest teoria, bo niektórzy sądzą inaczej - choć z moich doświadczeń wynika, że potrafi to działać naprawdę dobrze).

Dziś proste oświetlenie diodowe jest już na tyle tanie, że zaczął się (powolny) proces odchodzenia od świateł halogenowych - przykładowo nowe modele Dacii (pomijając elektryczną Dacię Spring), czyli jedne z najtańszych aut na rynku, mają już światła typu LED. Oczywiście mówimy o nieskomplikowanych reflektorach typu statycznego, ale... zawsze coś.

Ale pomyli się ten, kto pomyśli, że LED-y mają wyłącznie zalety. Często służą one wielu producentom jako karta przetargowa w marketingowej grze o klienta - co jest o tyle problematyczne, że wiele reflektorów LED-owych (zwłaszcza tych z bazowych wersji aut) jest po prostu mało skuteczna - na poziomie przeciętnych halogenów. Jeśli w danym modelu dostępne są różne wersje reflektorów diodowych, zwykle te bazowe są w najlepszym przypadku przyzwoite (a na ogół mierne lub przeciętne). Jeśli chcemy czegoś lepszego - musimy dopłacić do LED-ów adaptacyjnych bądź matrycowych.

Jest też jeszcze jeden kłopot - diody nie oddają ciepła w kierunku przodu auta, jak żarówki konwencjonalne, a do tyłu. Innymi słowy, przy bardzo złych warunkach w zimie, jeśli auto nie ma układu oczyszczania reflektorów, to mogą się one po prostu pokryć warstwą śniegu, którą trzeba będzie usunąć. By temu zapobiec, w reflektorach LED-owych wielu aut można spotkać... wentylatory, które kierują cieplejsze powietrze w okolice klosza.

To obecnie najnowsza technologia dostępna na rynku. Oczywiście także i w tym przypadku pojawiła się najpierw w autach bardzo drogich - tj. w limitowanym Audi R8 V10 LMX z 2014 r. (to... nadal 1. generacja R8!) oraz BMW i8 z tego samego roku. Rok później dołączyło do nich BMW serii 7.

Ponieważ nadal problematyczne jest uzyskanie wyraźnej plamy światła w przypadku użycia laserów, w praktyce wykorzystuje się je obecnie do świateł drogowych - za światła mijania odpowiadają LED-y. Ale to nie szkodzi, ponieważ wszystko wynagradza zasięg lamp laserowych - początkowo mógł on wynosić do 600 metrów (ok. 2-krotnie dalej niż w przypadku LED-ów), dziś mówi się czasem nawet o... 2 kilometrach (pytanie, ile w tym prawdy). I to wszystko przy dalszym ograniczaniu zużycia energii - światła laserowe zużywają nawet o 30 proc. mniej prądu od i tak bardzo oszczędnych lamp diodowych.

Od kilku lat popularnym tematem są tzw. retrofity polegające na montażu oświetlenia LED w reflektorach (dotychczas) halogenowych. Nie zawsze jest to co prawda możliwe (ze względu na rozbudowane, pasywne lub aktywne chłodzenie LED-ów - jeśli pod maską auta, w okolicy reflektorów jest ciasno, to ich raczej nie włożymy). Choć obecnie nie jest to legalne, wiele osób już je stosuje i chwali sobie to rozwiązanie. W Europie są plany dopuszczenia takiej modyfikacji do legalnego poruszania się po drogach.

Co mnie w tym ciekawi? Ano to, jak się rządzący będą plątać tłumacząc, że ta homologacja tylko do konkretnego rodzaju źródła światła to w sumie już nie jest ważna...